JPH0283405A - 線運動ピックアップの測定スピンドル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、測定器具に関し、特に線運動ピックアップの
測定スピンドルに関する。本発明は、部品の線運動、表
面のあらさ、および所定の形状からのその偏向の正確な
測定をするための器具に使用するのに適し、かつその変
形量を検査するのに適している。本発明はまた、工作機
械やロボットを含む、正確な生産器具およびハンドリン
グ器具の構成要素やユニットの正確な位置決めができる
微小距離変位測定に応用することもできる。

（従来の技術） 測定スピンドルと、線運動を電気信号に変換する変換器
とを有する線運動ピックアップからなる測定器具が当該
技術で知られている。測定スピンドルは、実際には、案
内に装着された測定棒である。測定棒の先端が、寸法ま
たは運動を検査すべき部品の表面と接触する。

測定過程中、測定棒の運動が変換器、例えば誘導、−静
電容量−または光電子変換器により電気信号に変換され
る。

この測定技術は、測定棒をその軸線を中心として回転さ
せようとする力を起こすが、この力は、変換器出力信号
の変化を引き起こし、それにより得られた測定結果に誤
差を導くので望ましくない。

このような信号の変化は、例えば測定棒の運動に鋭敏な
変換器要素と相互作用する測定棒の先端の付近で材料が
不均等であることにより引き起こされるか、または測定
棒先端の直円度はずれにより引き起こされ、あるいは測
定棒先端の対称軸が測定棒の回転軸線と整合していない
ことに原因がある。それ故、共通している実行は、軸線
の周りの測定棒の回転を制限する何かの手段を線運動ピ
ックアップの測定スピンドルに設けることである。

また、孔を有する案内と、孔内にころがり接触軸受で同
軸に装着された円柱状測定棒と、ビンとして作られた、
軸線の周りの測定棒の回転を制限する手段とを備え、前
記ビンの端部が測定棒の円柱面を越えて突出し、案内壁
に切られたスロットに入り、そして孔の軸線に沿って進
むようになっている線運動ピックアップ測定スピンドル
が知られている（“５ｔａｎｋｉ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎ
ｔｙ”　、Ｎｏ、９゜１９８５、　Ａ、Ｚ几１ｖｓｈｉ
ｔｓ、　Ｂ、Ｍ、５ｏｒｏｃｈｋｌｎ’Ｐｒｅｔｓｉｚ
ｉｏｎｎｙｅ　Ｉｎｄｕｋｔｉｖｎｙｅ　ｐｒｅｏｂｒ
ａｚｏａｔｅｌｉ’ＰＪ４−３５　）。

他方では、測定棒の回転を制限するピンを案内の孔に装
着して、測定棒の側壁に切られた長さ方向スロットに入
れることができる（Ｂ、Ｍ、５ｏｒｏｃｈ−ｋｌｎ、　
Ｅ、Ｃ，Ｂｏｇｄａｎｏｖ、、“Ａｖｔｏｍａｔｌｚａ
ｔｓｌａ　ｍｎｏｇｏ−ｄｉａｏａｚｏｎｎｏｉ　５ｏ
ｒｔｌｏｖｋｉ　”　ｓ　１９７３．　Ｍａｓｈｉｎｏ
ｓｔｒｏ−ｅｎｌｅ（Ｌｅｎｉｎｇｒａｄ）　、ＰＪ８
．　Ｊｉｇ、１２）。

しかしながら、実際には、案内内での測定棒の長さ方向
運動中にピンとスロットの表面の間で相当なすべり摩擦
に出会い、この摩擦が測定結果に著しい誤差を導く。

また、内筒状孔を有する案内と、孔内にころがり接触軸
受で同軸に装着された測定棒と、テーパーローラとして
作られた、軸線の周りを回転する測定棒を制限する手段
とを備え、前記テーパーローラが、測定棒にその側面に
垂直に圧入された軸端に回転可能に装着されている線運
動ピックアップ測定スピンドルが従来技術で知られてい
る。ローラは、案内壁に軸方向に切られたテーパースロ
ットに入っている（Ｔａｓａ、スイス、“Ｐｒｌｄｏｒ
ｙｄｌｙａｌｚｍｅｒｅｎｉａ　１１ｎｅｌｎｙｃｈ　
ｖｅｌｉｃｈｌｎ”　、１９８０゜Ｐ、５２）。ローラ
を使用すると、測定棒が案内内を長さ方向に移動すると
きにローラがスロットの側面に沿って走るので測定棒と
その案内の間の摩擦が減らされる。しかしながら、この
場合には、ローラとその軸線の間のすべり摩擦により測
定誤差が増加する。その上、そのような測定スピンドル
は設計が複雑であり、その製造をなしとげるには、測定
棒とその案内の寸法が小さいため相当に困難であり、か
つローラとスロットを高い精度基準に作る必要がある。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、測定棒の回転を制限する手段が設計上簡単で
あり、かつ同時に、案内内を測定棒が移動する間実質的
な摩擦を生じない、線運動ピックアップのＫｐ１定スビ
スピンドル供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） この課題を解決するには、円筒状孔を有する案内と、孔
内にころがり接触軸受で同時に装着された測定棒と、軸
線の周りの測定棒の回転を制限する手段とを備えた線運
動ピックアップにおいて、本発明により、測定棒がその
側面に少なくとも１つの平らな部分を有し、測定棒の回
転を制限する手段が、孔の表面と測定棒の平らな部分の
面の間に配置された少なくとも１つのボールからなるよ
うにすればよい。

軸・線の周りの測定棒の回転を制限する手段のそのよう
な実施例により、その手段の設計がより簡単になり、そ
の結果、測定スピンドルの設計もさらに簡単になり、そ
の製造も一層容易になる。

その上、測定棒がその案内内を移動する際に、測定棒の
回転を制限する上記の手段が、すべり摩擦よりはるかに
小さいころがり摩擦のみを生じ、その結果測定棒の線運
動で出会う摩擦による測定誤差が著しく減少することに
なる。

（実施例） 第１図と第２図によれば、測定スピンドル線運動ピック
アップは管状の案内１を有し、この案内に円筒孔２があ
る。孔２に円柱状測定棒３が同軸に取り付けられている
。測定棒３は、ケージ５に配置されたボール４（第１図
）として作られたころがり接触軸受で装着されていて、
測定棒３は案内１を越えて突出していて、測定先端６で
終わっている。

測定棒３の反対端は、フェライト挿入体７を有する。２
つのコイル８が案内１の孔２にフェライト挿入体７に対
向して配置されている。コイル８とフェライト挿入体７
は、測定棒３の線運動を電気信号に変換する誘導形変換
器を形成する。コイル８は、コイル８を通る電流を測定
するために適当な回路（図示省略）に接続される。

ＤＩ定ススピンドルは、測定棒３がその軸線の周りに回
転するのを制限する手段が設けられている。

これらの手段は、孔２の表面と測定棒３の円柱面の間に
配置された２つのボール９（第２図）からなる。測定棒
３の円柱面には、その対向する側に切られた２つの平行
な平らな部分１０が設けられていてボール９を収容して
おり、一方のボールが孔２の表面と平らな部分１０のう
ちの１つの部分の面との間に配置され、かつ他方のボー
ル９が孔２の表面と、反対側の平らな部分１０の面の間
に配置されている。

ボール９は、わずかな負の公差でしかしボール４よりき
つくない公差で所定の場所に装着してもよいし、または
潤滑膜の厚さを越えないわずかな隙間を有してもよい。

本発明の他の実施例により、測定スピンドルの測定棒の
回転を制限する手段は、４つのボールからなる。本発明
のこの実施例を第３図により説明するが、第３図はボー
ルを位置決めするそのような測定スピンドルの横断面図
である。第３図によれば、４つの平らな部分１２が測定
棒１１の側面に設けられており、各側面が隣接する平ら
な部分に直角である。測定棒１１が第１図と第２図に示
された測定棒３と同じ仕方で案内１の円筒孔２に装着さ
れ、かつその他の特徴は測定棒３と同様である。孔２（
第３図）の表面と各々の平らな部分１２の面の間にボー
ル１３が配置され、すなわちここでは４つのボールが、
第１図と第２図に示された実施例の２つのボールの代わ
りに用いられている。第１図と第２図のボール９のよう
に、ボール１３（第３図）をわずかな負の公差でまたは
わずかな隙間で装着することができる。

本発明のなお他の実施例により、ただ１つのボールを用
いて、測定スピンドルの測定棒の回転を制限している。

本発明のこの実施例を第４図により説明するが、第４図
はボールが装着されているそのような測定スピンドルの
横断面図である。第４図により、測定棒１４は、１つの
平らな部分１５と、平らな部分１５の面と孔２の表面の
間の空間に収容された１つのボール１６とを有し、測定
棒１４は第１図および第２図の測定棒３と、他のすべて
の設計や設置の特徴に関して同様である。

異なる数の測定棒の平らな部分とボールが実行可能であ
る。

作用においては、第１図と第２図に示された測定スピン
ドルを有する線運動ピックアップは、部品１７の表面ま
たはその変位面と接触する測定棒３の先端６を有する。

そのようにする−に、ボール９が孔２の表面と平らな部
分１０の面の上を転勤し、しかもころがり摩擦に固有の
非常にわずかな力の摩擦を引き起こす。

フェライト挿入体７がコイル８に対して移動することに
より、インダクタンスが、従ってコイル８に誘導される
電流が変化する。電気回路により測定可能なこの電流の
値は、測定棒３の線変位の測定をするのに役立つ。

測定の過程において、測定棒３をその軸線の周りに回転
させようとする時折の軽い力が起こる。

そのような力は、例えば測定先端６と接触される部品１
７の表面のでこぼこにより引き起こされる。

測定棒３がその軸線を中心として回転すると、コイル８
のインダクタンスの変化により測定値に誤差が生ずる。

測定棒３の回転と共に起こるそのようなインダクタンス
の変化は、例えばフエライト挿入体７の材料の不均一性
または直円度またはその軸線と測定棒３が回転する軸線
との不整合により起こる。

しかしながら、考慮中の設計は、ボール９を用いて測定
棒３が回転しないように防止する。

測定棒を回転しないように防止する。測定棒とボールの
間の相互作用機構を第４図により説明する。

ボール１６が、第４図のように、平らな部分１５上に孔
２の中間位置に孔の表面に対して隙間Ｓで設置されてい
る場合に、測定棒１４がその軸線を中心として回転する
と、ボール１６が平らな部分１５の面をころがり、測定
棒１４の回転方向と反対方向に回転する。従って、測定
棒１４が反時計方向に回転すると、ボール１６が時計方
向に回転する。測定棒１４の回転方向とボール１６の回
転方向が第４図に矢印により示されている。そのよう、
にする際に、ボール１６が平らな部分１５上の中間位置
から平らな縁に向かって移動して、ボール１６と孔２の
間の間隙が減少する。この間隙がふさがれるため、ボー
ル１６がさらに進むことができず、測定棒１４の回転が
止まる。点線は、この移動によりボールが測定棒１４に
対して占める位置を示す。

第４図により、ボール１６が平らな部分１５に対してそ
の中間位置を初めに占めている場合に測定棒１４がその
軸線を中心として回転する角度は、次の公式から決定で
きる。

ここで、αは測定棒の回転角度であり、Ｓはボールがそ
の初めの位置にある場合にボール１６の表面と孔２の表
面の間の間隙であり、 Ｒは孔２の半径であり、 ｒはボール１６の半径である。

孔の半径が２．　６５ｍ■に等しく、がっボールの半径
が０．７５＋ｍ＋ｓに等しく、ボールが０．１ミクロン
の隙間で装着されている場合、測定棒が約０．５′の角
度だけ回転する。

ボール１６が装着される隙間が減少すると、測定棒１４
の回転角度αが減少する。

ボール１６が負の公差で装着される場合には、測定棒１
４の戻りが起こらず、ボール１６がわきへ移動しないよ
うに防止される。なぜなら、平らな部分１５の面と孔２
の表面の間の間隙が平らな部分１５の中間から両方向に
減少するからである。

負の公差は、ボール４（第１図）のための値を越えない
でかつ１ミクロンから２ミクロンまで変化するように選
択しなければならない。この場合に、ボール１６の運動
と共に出会うころがり摩擦が測定棒３の線運動を実質的
にそこなわないだろう。

測定棒３の回転は、第１図と第２図のような２つのボー
ル１９または第３図に示したような４つのボール１３を
含む。２つ以上のボールの使用と同様に制限される。

第１図と第２図に示された２つのボール９を用いると、
第４図に示された設計形式でボール１６の負荷を受けて
起こる曲げからｎ１定棒３が防止される。測定棒の前記
的げがころがり接触軸受の性能に不利に影響を与え、す
なわち前記的げがそこにより大きな摩擦を引き起こし、
このため測定値の誤差が増大する。

４つノホール１３（第３図）を用いると、測定棒３を２
つの互いに垂直な方向に適当な剛性をもって設置するこ
とができる。

〔発明の効果〕

本発明を適用することにより、測定スピンドルの比較的
簡単な設計およびその製造しやすさの利益を線運動測定
値の誤差の減少と結合できる。スピンドルの開示された
設計により、測定結果の繰り返し可能性が０．０２ミク
ロン内にあることが確保される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による線運動ピックアップ測定スピンド
ルの縦断面図、第２図は第１図の線ｎ−Ｈに沿った横断
面図、第３図は本発明の他の実施例に従って作られた測
定スピンドルの横断面図、第４図は本発明のなお他の実
施例に従って作られた測定スピンドルの横断面図である
。 １・・・管状案内、２・・・円筒孔、３・・・測定棒、
４・・・ころがり接触軸受、５・・・ケージ、６・・・
測定先端、７・・・フェライト挿入体、８・・・電気コ
イル、９・・・ボール、１０・・・平らな部分、１１・
・・測定棒、１２・・・平らな部分、１３・・・ボール
、１４・・・測定棒、１５・・・平らな部分、１６・・
・ボール、１７・・・被検査部品、Ｒ・・・円筒孔の半
径、ｒ・・・ボールの半径、Ｓ・・・隙間、α・・・測
定棒の回転角度。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 円筒状孔（２）を有する案内（１）と、円筒状孔にころ
   がり接触軸受（４）で同軸に装着された測定棒（３）と
   、案内（１）と測定棒（３）の間に配置された、軸線の
   周りの測定棒（３）の回転を制限する手段とを備えた線
   運動ピックアップの測定スピンドルにおいて、測定棒（
   ３）がその側面に少なくとも１つの平らな部分（１０）
   を有し、測定棒（３）の回転を制限する前記手段が、案
   内（１）の孔（２）の表面と測定棒（３）の平らな部分
   （１０）の面との間に配置された少なくとも１つのボー
   ル（９）からなることを特徴とする測定スピンドル。